JP4728515B2 - 光路素子、空間光変調器および画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光路素子、該光路素子を用いた空間光変調器及び画像表示装置、より詳細には、構造が簡単で、耐久性が高く、部材コストを低減でき、光利用効率の高い光路素子、空間光変調器、およびそれを用いた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入射光の反射方向を変化させることによって光をスイッチングするデバイスおよびそれを用いた空間光変調器として、例えば特開平５−１９６８８０号公報に示されるような微小な回転鏡を二次元状に多数配列したものが知られている。
【０００３】
図１９は、従来（特開平５−１９６８８０号公報に記載）の空間光変調器の平面図であり、平面上では、図１９に示すように、方形トーションビーム反射表面１１とビーム支持ポスト１２のみが観察される。図２０は、図１９に示した空間光変調器のひとつの回転鏡の断面図で、図２０（Ａ）はヒンジに沿っての断面図、図２（Ｂ）はそれと直角方向の断面図である。ビーム支持ポスト１２は、ポスト１５に連結されたヒンジ１３の捻れによって、ビーム１１を接地電極１４に向けて回転可能にする。その駆動力はポスト１６によって支持されたアドレス電極１７に印加される電圧で与えられる。アドレス電極１７への電圧印加は、基板層１９に設けられたＣＭＯＳ回路（図示せず）の信号を金属層１８を介して伝達することにより行われる。ビーム１１の回転状態を回転鏡ごとに変えることによって、入射した光を二次元的に空間変調することができる。
【０００４】
上記方式においては、大きな回転角を得るために回転鏡の構造が複雑になっており、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
その他の光スイッチング素子として、例えば特開平１１−２０２２２２号公報に開示されている光スイッチング素子がある。図２１は、前記特開平１１−２０２２２２号公報で提案されている光スイッチング素子の動作説明図である。この光スイッチング素子は、光を全反射して伝達可能な全反射面２２を備えた導光部材２１と、全反射面２２に対し抽出面３２を接近させてエバネッセント光を捉え、それを反射して出射することができるプリズム３１と、このプリズム３１を導光部材２１に接近させ又は離すように駆動する駆動部４０とを、光の出射方向に対してこの順番で積層した構成となっている。図２１の右側のセルは、駆動部４０を動作させることによってプリズム３１がエバネッセント光の漏出する抽出距離以上離れた位置にある状態を示している。この時には、導光部材２１中を伝搬してきた光線１は、図２１に示されるように、全反射面２２で全反射され図の右方向へと出射２していく。駆動部４０を動作させない時には、図２１の左側のセルのように、プリズム３１はエバネッセント光が漏出する抽出距離以下に近接しているので、導光部材２１中を伝搬してきた光線１は、図２１左側のセルに示されるように、全反射面２２で反射することなくプリズム３１に進入する。プリズム３１に進入した光線はプリズムの反射面３１ａで反射して、図２１に示した光線３のように導光部材２１を透過して出射される。
【０００６】
上記の方式において、エバネッセント光の抽出・非抽出という２つの状態をスイッチングするには、光の波長程度以下の微小な変位でよいため比較的簡単な駆動機構を採用することができるが、図２１に示したようなプリズム３１は、その構造が複雑であるため、複数個を微小なサイズで基板上に均一に形成するのは困難であり、そのため、製造歩留まりが低下し、コストアップにつながるという問題がある。また、プリズム３１を導光部材２１，全反射面２２に近接させるとファンデルワールス力あるいは液架橋力が作用して、引き剥がしが困難になるという問題もある。
【０００７】
さらに、別の光スイッチング素子として、特開２０００−１７１８１３号公報に開示されている光スイッチング素子がある。図２２は、前記特開２０００−１７１８１３号公報で提案されている光スイッチング素子の概略構成を示す図である。全反射により光を伝えている導光体５０に接触させた液晶６０に電圧を印加することにより、液晶分子の配向をコントロールし、それにより実効的な屈折率を異常光に対する値と常光に対する値の間で変化させる。この結果、入射光（直線偏光）１が全反射光２として出射される状態と、透過光となったのち反射膜６１によって向きを変えられて反射光３として出射させる状態とをスイッチングすることができる。なお、図２２において、５１は透明電極、７０は液晶駆動用ＩＣ基板、７１は電極端子である。
【０００８】
この方式においては、機械的な駆動部を持たないため、前述のような問題は生じないが、導光体と液晶との界面で全反射させるために、導光体を屈折率の高い材料で作製する必要がある、あるいは光の入射角を大きくしなければならないという制約があり、材料コストが高くなる、あるいは光学系が複雑になったり、光利用効率が低下するなど実用上好ましくない問題が生じる可能性がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決し、構造が簡単で、耐久性が高く、部材コストを低減でき、光利用効率の高い光路素子、空間光変調器、およびそれを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。より具体的には、（１）構造が簡単で耐久性が高く、部材コストを低減でき、光利用効率が高く、かつＳ／Ｎ比を高くできる光路素子を提供すること（請求項１）、（２）さらに、Ｓ／Ｎ比を高くできる光路素子を提供すること（請求項２）、（３）上記に加え、製造が容易な光路素子を提供すること（請求項３）、（４）上記に加え、駆動エネルギーを小さくできる光路素子を提供すること（請求項４）、（５）さらに、駆動エネルギーを小さくできる光路素子を提供すること（請求項５）、（６）構造が簡単で耐久性が高く、部材コストを低減でき、光利用効率の高い空間光変調器を提供すること（請求項６）、（７）上記に加え、低コストな空間光変調器を提供すること（請求項７）、（８）耐久性が高く、低コストで光利用効率の高い画像表示装置を提供すること（請求項８）、（９）さらに、低コストな画像表示装置を提供すること（請求項９）、をその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、導光部材を介した光入射部と、該光入射部から入った入射光を反射する反射部と、該反射部で反射した光を、前記導光部材を介して出射光として外部へ出す光出射部とよりなる光路素子において、前記反射部を含む光路中に屈折率可変物質を封入し、該屈折率可変物質に情報に応じて信号を与え屈折率変化を生じせしめる信号入力手段を具備するとともに、前記信号による前記屈折率可変物質の屈折率変化を、前記入射光が前記導光部材と屈折率可変物質との界面で全反射しない範囲で行い、前記光路素子は、前記光入射部と光出射部とが互いに平行でない面で構成され、前記信号による前記屈折率可変物質の屈折率変化を、前記反射部で反射した光が前記光出射部において前記導光部材とそれに接触する外部物質との界面で全反射する第一の状態と、全反射しない第二の状態とを取ることができる範囲で行うことを特徴としたものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記出射光を第二の導光部材を介して外部へ出すことができる第二の光出射部を設けたことを特徴としたものである。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記光入射部に光学的接合し、前記導光部材と屈折率が概略等しい平板導光体を設けたことを特徴としたものである。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項の発明において、前記反射部が一辺を共有する２つの面によって構成され、前記屈折率可変物質に進入した入射光と前記光入射部を構成する面の法線とのなす角度の動作範囲における最大値をθ_2maxとすると、前記反射部を構成する少なくとも１つの面の法線と前記光入射部を構成する面の法線とのなす角度が９０°−θ_2max以下であることを特徴としたものである。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項の発明において、前記反射部が、前記屈折率可変物質に信号を印加する単位要素に対して、複数組の面を有していることを特徴としたものである。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光路素子が二次元アレイ状に配列されていることを特徴としたものである。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光路素子が一次元アレイ状に配列されていることを特徴としたものである。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項６記載の空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリーンに投影し表示する手段とを有することを特徴としたものである。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項７記載の空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変調器から出射した光線を該空間光変調器の光路素子の整列方向に対して垂直な方向に走査する走査機構と、走査機構から出射した光線をスクリーンに投影し表示する手段とを有することを特徴としたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（構成・動作）
本発明は、導光部材を介した光入射部と、該光入射部から入った入射光を反射する反射部と、該反射部で反射した光を、前記導光部材を介して出射光として外部へ出す光出射部とよりなる光路素子において、前記反射部を含む光路中に屈折率可変物質を封入し、該屈折率可変物質に情報に応じて信号を与え屈折率変化を生じせしめる信号入力手段を具備するとともに、前記信号による前記屈折率可変物質の屈折率変化を、前記入射光が前記導光部材と屈折率可変物質との界面で全反射しない範囲で行うことを特徴とする光路素子にある。
【００２６】
ここで、導光部材の屈折率をｎ₁、屈折率可変物質の屈折率をｎ₂とし、導光部材中を透過する光が光入射部を構成する面の法線とのなす角度（入射角）をθ_１、入射光が屈折率可変物質中に進入する際に前記光入射部を構成する面の法線とのなす角度（屈折角）をθ_２とすると、スネルの法則により、以下の式が成り立つ。
ｓｉｎθ₂／ｓｉｎθ₁＝ｎ₁／ｎ₂ …（１）
【００２７】
外部信号によってｎ₂が変化すると、（１）式に従ってθ₂が変化し、その結果、反射部での反射角が変わり、出射光の光路（出射角）が変化する。その変化量は、概略θ₂の変化量程度であるが、導光部材の屈折率ｎ₁が導光部材に接触している外部物質の屈折率ｎ_a（通常外部物質は空気であり、ｎ_a＝１）より大きい場合には、出射面から出射する際に屈折が生じ、出射光と出射面とのなす角度（出射角）の変化量はθ₂の変化量よりも大きくなる。これにより、所定の位置で光出力を検出すれば、ｎ₂の変化に伴って光出力が変化することになり、外部信号による光スイッチングが可能となる。本発明の光路素子においては、原理的に導光部材の屈折率ｎ₁や入射角θ₁に対する制約が少ないため、安価な部材を用いたデバイスおよびシステムを実現することができる（請求項１）。
【００２８】
上記において、光入射部と光出射部とが互いに平行でない面で構成されていることが好ましく、このようにすることにより、出射角の変化量をより大きくすることができるので、より高いＳ／Ｎ比が得られる（請求項１）。
【００２９】
また、信号による屈折率可変物質の屈折率変化を、反射部で反射した光が光出射部において導光部材とそれに接触する外部物質との界面で全反射する第一の状態と、全反射しない第二の状態とを取ることができる範囲で行うことが好ましい。この場合、θ₂の変化量に比べて出射角の変化量が非常に大きくなり、さらに高いＳ／Ｎ比が得られる（請求項１）。
【００３０】
さらには、出射光を第二の導光部材を介して外部へ出すことができる第二の光出射部を設けることが好ましい。光出射部から出射した光は、再び第二の導光部材に入射し、第二の光出射部から出射する。この時の出射角の変化量は第二の導光部材がない時よりも大きくすることが可能であり、より高いＳ／Ｎ比を得ることができる（請求項２）。
【００３１】
上記において、光入射部に光学的接合し、導光部材と屈折率が概略等しい平板導光体を設けることが製造の容易さから好ましい。この場合、平板導光体と反射部材とこの間に狭持された屈折率可変物質とによって構成されるデバイスを作製した後に、導光部材を光学的に接触させればよいので、複雑な形状の導光部材を用いてデバイスを作製するよりは格段に製造が容易となる（請求項３）。
【００３２】
反射部が一辺を共有する２つの面によって構成され、光入射部から屈折率可変物質に進入した入射光と光入射部を構成する面の法線とのなす角度の動作範囲における最大値をθ_2maxとすると、反射部を構成する少なくとも１つの面の法線と光入射部を構成する面の法線とのなす角度が９０°−θ_2max以下であることが好ましい。このようにすることによって反射部から光入射部までの距離を小さくすることができるので、屈折率可変物質に与えるエネルギー（駆動エネルギー）を小さくすることができる（請求項４）。
【００３３】
さらに、反射部が、屈折率可変物質に信号を印加する単位要素に対して、複数組の面を有していることが好ましい。このようにすることによって反射部から光入射部までの距離をさらに小さくすることができるので、駆動エネルギーをより小さくすることができる（請求項５）。
【００３４】
屈折率可変物質としては、外部からエネルギーを与えることによって屈折率が変化するものであれば使用可能であるが、制御のしやすさから電界によって屈折率が変化する、いわゆる電気光学材料が好適に使用できる。電気光学材料としては、ポッケルス効果を示すＬｉＮｂＯ₃やカー効果を示すＢａＴｉＯ₃やＰＬＺＴなどの固体結晶、液晶などが知られているが、中でも電界強度当たりの屈折率変化量が大きいことおよび流動性があることから液晶が好ましい。屈折率変化量が大きいことにより、θ₂の変化量を大きくすることができ、その結果、出射角の変化量を大きくすることができるので、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。また、流動性があることにより導光部材（あるいは平板導光体）および反射部材への光学的接触を容易に実現することができる。
【００３５】
屈折率可変物質として、液晶／高分子複合体を用いることが応答速度の点から好ましい。このような液晶／高分子複合体として、液晶ドロップレットを高分子マトリクス中に分散した、いわゆる高分子分散液晶が好適に使用できる。高分子分散液晶の応答速度は液晶ドロップレットの粒径を小さくするにつれて速くなることが実験的にわかっており、特に、入射光の波長の１／５以下の粒径にすることが、散乱が減少し光透過率が高くなる、すなわち光損失が著しく小さくなることから好ましい。なお、ここでいう粒径とは構造体を代表する粒径であって、通常は電子顕微鏡写真等によって計測された平均粒径が好適に使用される。
【００３６】
上記の液晶は電圧無印加時に全ての液晶分子が概略一方向に配列していることが好ましい。この方向を電圧印加時に液晶分子が揃う方向（電界方向）とほぼ直交させることにより大きな屈折率差が得られるため、θ₂の変化量を大きくすることができ、その結果、出射角の変化量を大きくすることができるので、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００３７】
本発明による光路素子を一次元もしくは二次元に配列することで空間光変調器を構成することができる。このような空間光変調器は構造が簡単であり、また使用する部材の制約が少ないために、耐久性が高く安価なものとなる。一次元に配列した空間光変調器は光路素子の配列方向に垂直な方向に走査する走査機構を用いることで二次元の空間光変調ができるが、一次元の空間光変調器は二次元の空間光変調器に比べて安価であるため、より低コストとなる（請求項６，７）。
【００３８】
上記の空間光変調器と、光線入射手段および空間光変調器により形成した画像をスクリーンに拡大投影する手段を設けることにより、耐久性が高く安価な画像表示装置を構成することができる（請求項８，９）。
【００３９】
実施の形態１
図１は、本発明の第１の実施の形態を説明するための図で、図中、１０１は、ガラス、プラスチック等からなる光学的に透明な導光部材で、該導光部材１０１は光源からの光線を屈折率可変物質１０５に入射させる光入射部１０３、反射部１１５で反射した光線を導光部材１０１の外部へと出射させる光出射部１０４を有している。この例では光入射部を構成する面と光出射部を構成する面とは平行となっている。反射部１１５を含む反射部材１０６はＳｉ、ガラス等からなる基板１０９上にガラス、プラスチックまたは酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム等のセラミックス等からなる絶縁体１０８で傾斜面を形成した後、傾斜面にＡｌ、Ａｇ等からなる高反射率の金属膜１０７を真空蒸着、スパッタリング等の公知の方法で形成して得ることができる。また、必要に応じてフォトリソエッチングによりパターンニングしてもよい。この金属膜１０７は電極としても作用する。基板１０９には金属膜１０７に信号電圧を印加するための駆動素子等を形成するのが望ましい。
【００４０】
反射部材１０６としては、絶縁体１０８が基板１０９を兼ねる構成や金属板を基板として直接傾斜面を形成する構成等も可能である。好適な傾斜面形成方法の一例を挙げれば、面積階調もしくは濃度諧調のパターンを形成したフォトマスクを用いてパターンニングしてドライエッチングを行う異方性エッチング法がある。屈折率可変物質１０５としては、液晶が好適に使用できる。液晶材料としてはネマティック液晶、スメクティック液晶、コレステリック液晶等を用いることができ、単一もしくは２種類以上の液晶性化合物や液晶性化合物以外の物質も含んだ混合物であってもよい。
【００４１】
光入射部１０３には屈折率可変物質１０５に電圧を印加するためのＩＴＯ等からなる透明電極１１０が設けられている。屈折率可変物質が液晶のように流動性のある材料からなる時には、エポキシ樹脂等からなるシール剤１１１を形成して、保持するのがよい。作製工程の一例を示せば、導光部材（もしくは反射部材）の周辺部に熱硬化性のエポキシ樹脂を一部に開口部（注入孔）を残して印刷した後、反射部材（もしくは導光部材）を貼り合わせて加熱硬化する。注入孔から液晶を注入した後、孔を接着剤で塞げば完成する。
【００４２】
図１（Ａ）は、屈折率可変物質１０５の屈折率ｎ₂が導光部材の屈折率ｎ₁より大きい場合で、屈折角θ₂は式（１）に従って入射角θ₁より小さくなる。反射部を構成する面の法線と光入射部を構成する面の法線とのなす角度＝反射部を構成する面の傾斜角αをα＝θ₂／２に設定しておけば、反射光は光出射部１０４に垂直に入射し出射する。図１（Ｂ）は、ｎ₂がｎ₁と概略同程度の場合で、θ₂はθ₁にほぼ等しいため図１（Ａ）の時よりも反射角が大きくなり、反射光は光出射部に対して概略φ₁＝θ₁−θ₂の角度で入射し、導光部材に接触している外部物質１０２が空気（ｎ_a＝１）の場合には、出射角φ₂＝ｓｉｎ^-1（ｎ₁ｓｉｎφ₁）で出射する。出射光のビーム径をｒとすると光出射部からｒ／ｔａｎφ₂以上の距離で光出力を測定すると、図１（Ａ）の場合には検出されるが、図１（Ｂ）の場合にはほとんど検出されず、良好なＳ／Ｎ比が得られる。
【００４３】
具体的な例として、導光部材１０１をクラウンガラスＢＫ７（ｎｄ＝１.５１７）で作製し、屈折率可変物質１０５をネマティック液晶Ｅ７（常光屈折率ｎｏ＝１.５２２，異常光屈折率ｎｅ＝１.７４６）とし、予め図示しない配向膜を用いて液晶分子１１２を、図１（Ａ）に示すように、光入射部１０３に対して水平で紙面に垂直な方向に配向しておく。配向膜としてはＳｉＯ、ポリイミド等の公知の材料が使用でき、少なくとも透明電極１１０および金属膜１０７の表面に形成するのが好ましい。
【００４４】
図１（Ａ）の状態でレーザー光（波長６３３ｎｍ）をＳ偏光としてθ₁＝６０°で入射させると、この光に対しては液晶の屈折率はｎ₂＝ｎｅ＝１.７４６となるので、式（１）に従ってθ₂＝４９°となる。α＝２４.５°に設定すると反射光は光出射部１０４から垂直に出射する。一方、透明電極１１０と金属膜１０７の間に電圧を印加すると、図１（Ｂ）に示すように、液晶分子が電界方向に配列し、同様の入射光に対して液晶の屈折率はｎ₂＝ｎｏ＝１.５２２となるので、入射光および反射光はほぼ直進し、光出射部１０４に対してφ₁＝１１°で入射し、出射角φ₂＝１７°で出射する。
【００４５】
上記においては、入射光をＳ偏光としたが、Ｐ偏光であってもよく、その場合には電圧印加時と無印加時の光の振る舞いが逆になる。Ｐ偏光を用いると界面反射損失が減少するので、光利用効率の点ではより好ましい。また、αをθ₂／２に設定したがθ₁／２でもよく、その場合には、図１（Ｂ）の時に、反射光が光出射部１０４から垂直に出射し、図１（Ａ）の時には、図１（Ｂ）とは逆の方向に１７°より若干大きい角度で出射する。なお、ここに示したような変形は後述の他の実施形態においても同様に許容されるものである。
【００４６】
上記の場合、単素子で、出射ビーム径が小さい場合には比較的近距離で検出しても充分なＳ／Ｎ比を得ることができるが、出射エリアの大きい場合（例えば空間光変調器として用いるような場合）には漏れ光（図１（Ｂ）に破線で示した光線）を検出して、Ｓ／Ｎ比の低下を招くことがある。
【００４７】
実施の形態２
図２は、本発明の第２の実施の形態を説明するための図で、この場合、第１の実施の形態と異なり、光入射部１０３を構成する面と光出射部１０４を構成する面が平行ではない。その他の設定は第１の実施形態と同様である。光出射部を構成する面と光入射部を構成する面とのなす角βをβ＝４０°に設定すると、図２（Ａ）の時には、反射光は光出射部１０４に対してφ₁＝４０°で入射し、出射角φ₂＝７７°で出射する。図２（Ｂ）の時には、φ₁＝２９°で入射し、出射角φ₂＝４７°で出射する。この場合、図２（Ａ）と図２（Ｂ）とで出射角の差が３０°と、第一の実施形態に比べて大きくなるので、出射エリアが大きい場合でも漏れ光（図２（Ａ）の破線の光線）が検出されることが少なくなり、Ｓ／Ｎ比の低下を少なくすることができる。
【００４８】
実施の形態３
図３は、本発明の第３の実施の形態を説明するための図で、基本的な構成は第２の実施の形態と同様であるが、光出射部を構成する面と光入射部を構成する面とのなす角βをβ＝４５°と大きくしている。図３（Ａ）の時には反射光は光出射部１０４に対してφ_１＝４５°で入射する。この時外部物質１０２が空気（ｎ_ａ＝１）の場合には下式（２）を満たすので、反射光は光出射部において全反射する。
sinφ_１≧n_a／n₁ …（２）
図３（Ｂ）の時には、φ₁＝３４°で入射し、出射角φ₂＝５８°で出射する。この場合、出射角の差は１８０°−（４５°＋５８°）＝７７°となるので、ほとんど漏れ光を検出することはなく、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００４９】
実施の形態４
図４は、本発明の第４の実施の形態を説明するための図で、図４において、１１４は導光部材１０１と同じ材質からなる第二の導光部材で、１１６は出射光を第二の導光部材を介して外部へ出すことができる第二の光出射部である。この例では光出射部１０４と第二の導光部材１１４（ともに入射光の波長程度の平滑度で仕上げている）をラフに密着させることによって、入射光の波長程度の空隙（空気層）を持たせている。また、第二の光出射部１１６を構成する面は入射部１０３を構成する面とほぼ平行となるようにしている。その他の設定は第３の実施形態と同様である。
【００５０】
図４（Ａ）の時、反射光は光出射部１０４と空隙部の空気層との界面で全反射する。図４（Ｂ）の時、光出射部１０４から出射した光は、ほぼ直進（実際には波長程度平行移動する）して、再び第二の導光部材１１４に入射し、第二の光出射部１１６から出射する。この場合、図４（Ａ）と図４（Ｂ）とで出射角の差が９０°を超えるので、漏れ光を検出することはなく、非常に高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００５１】
実施の形態５
図５は、本発明の第５の実施の形態を説明するための図で、図中、１１７は導光部材１０１と屈折率が概略等しい平板導光体で、導光部材１０１とは光学的接合がなされている。その他の構成は第３の実施形態と同様であり、動作原理も同じである。光学的接合とは、両部材間の間隙が使用する光の波長に比べて充分に小さいほどに密着している状態であって、具体的には、流動性のある物体を両者間に介在させることによって得ることができる。流動性のある物体は両部材との密着を確保した後に固化しても構わない。より具体的には、流動性のある物体として、屈折率が概略導光部材および平板導光体と等しい揮発性の低い液体あるいは光硬化性接着剤を用いるのが好適である。この実施形態においては、屈折率可変物質と接するのは平板導光体１１７であるので、透明電極１１０は平板導光体１１７上に形成される。この場合導光部材の接合は最後に行えばよいので、デバイスの主要部分の作製を複雑な形状の導光部材を用いないで行うことができるため、歩留まりが向上し、コストを低減することができる。
【００５２】
実施の形態６
図６は、本発明の第６の実施の形態を説明するための図で、この場合、反射部が一辺を共有する２つの面（反射面１２８および逆傾斜面１１８）によって構成され、屈折率可変物質に進入した入射光と光入射部を構成する面の法線とのなす角度（屈折角）θ_２の動作範囲における最大値をθ_２ｍａｘとすると、前記反射部を構成する少なくとも１つの面（この例では逆傾斜面１１８）の法線と前記光入射部を構成する面の法線とのなす角度＝逆傾斜面の傾斜角γが９０°−θ_２ｍａｘ以下となっている。その他の構成は第３の実施形態と同様である。この場合、θ_2max＝θ₁＝６０°であるので、γを３０°以下に設定すると、光入射部１０３における入射光の照射エリアＡは第３の実施形態と同じであるため、反射面１２８の底辺から導光部材１０１の光入射部１０３までの距離、すなわち屈折率可変物質層の最大厚ｔ_maxｘを小さくすることができ、駆動電圧を低くすることができる。
【００５３】
実施の形態７
図７は、本発明の第７の実施の形態を説明するための図で、この場合、図６の実施形態における照射エリアＡに対向する領域に反射面１２８および逆傾斜面１１８を複数組（図７では２組）設けている。図７から明らかなように、照射エリアＡが図６と等しい場合には、ｔ_maxがさらに小さくなり、より駆動電圧を低減できる。
本発明においては、導光部材の屈折率は屈折率可変物質（液晶）の最小の屈折率（ｎｏ）と同等もしくはそれより小さくてもよいため、上記実施形態では最も典型的な光学ガラスであるＢＫ７を用いた例を挙げたが、特開２０００−１７１８１３号公報に開示されているような導光部材と液晶との界面での全反射を利用する従来技術を用いて、上記実施形態と同じ液晶（Ｅ７）と入射角（６０°）を適用した場合には屈折率が１.７６以上の導光部材を用いなければならず、コストアップにつながる。
【００５４】
実施の形態８
図８は、本発明の第８の実施の形態を説明するための図で、屈折率可変物質１０５として、高分子分散液晶を用いる以外は第６の実施形態と同様の構成である。高分子分散液晶は高分子マトリクス１２０中に液晶ドロップレット１１９が分散されてなる。液晶材料としてはネマティック液晶、スメクティック液晶、コレステリック液晶等を用いることができ、単一もしくは２種類以上の液晶性化合物や液晶性化合物以外の物質も含んだ混合物であってもよい。高分子マトリクス材料としては透明なポリマーが好ましく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂のいずれであってもよい。
【００５５】
高分子分散液晶の製法としては、
（１）液晶と熱あるいは光硬化（重合）性モノマーやオリゴマーもしくはプレポリマーで溶液を作り、重合によって相分離させる重合相分離法、
（２）液晶と高分子と溶剤で溶液を作り、溶剤を蒸発させることによって相分離させる溶媒蒸発相分離法、
（３）液晶と熱可塑性高分子を加熱溶解させた後、冷却によって相分離させる熱相分離法など、
を用いることができる。
【００５６】
ポリマーとしては、製造工程の容易さ、液晶相との分離性等の点から紫外線硬化型の樹脂を用いるのが好ましい。具体的な例として、紫外線硬化性アクリル系樹脂が例示され、特に、紫外線照射によって重合硬化するアクリルモノマー、アクリルオリゴマーを含有するものが好ましい。このようなモノマーまたはオリゴマーとしては（ポリ）エステルアクリレート、（ポリ）ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、シリコーンアクリレート、メラミンアクリレート、（ポリ）ホスファゼンメタクリレート等がある。その他の例として、チオール−エン系も光硬化速度が速いことから好適に使用できる。
【００５７】
重合を速やかに行うために光重合開始剤を用いてもよく、この例としてジクロロアセトフェノンやトリクロロアセトフェノン等のアセトフェノン類、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾイル、ベンゾインアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタール、モノサルファイド、チオキサントン類、アゾ化合物、ジアリルヨードニウム塩、トリアリルスルフォニウム塩、ビス（トリクロロメチル）トリアジン化合物等を挙げることができる。
【００５８】
この紫外線硬化性化合物中に液晶材料を均一に溶解させた液状物を反射部材と導光部材あるいは平板導光体間に注入した後、紫外線照射を行うことによって紫外線硬化性化合物を硬化させると同時に液晶材料を相分離させ、高分子分散液晶層を形成する。
具体的な高分子分散液晶の例として、ネマティック液晶ＢＬ２４（ｎｏ＝１.５１３，ｎｅ＝１.７１７，メルク社）を紫外線硬化性プレポリマーＮＯＡ８１（ノーランド社）に溶解（液晶重量濃度４５％）し、紫外線（４００ｍＷ／ｃｍ²）を照射したもの（液晶ドロップレットの平均粒径は約６０ｎｍ）を用いた場合、図８（Ａ）の時には、液晶分子の配向したドロップレット１１９の向きがランダムであるため、層全体が光学的に等方な媒体になっており、その屈折率はほぼ液晶の平均屈折率（≒（２ｎｏ＋ｎｅ）／３≒１.５８）と高分子マトリクスの屈折率（≒１.５６）との体積平均（≒１.５７）と見なすことができる。なお、この場合予め配向処理を行っていない。導光部材１０１をクラウンガラスＢＫ７（ｎｄ＝１.５１７）とし、入射角を７５°に設定すると、屈折角は６９°となるので、α＝３４.５°に設定すれば反射光は光入射部にほぼ垂直に入射する。β＝４３°に設定すると反射光は光出射部１０４に対してφ₁＝４３°で入射する。この時、式（２）を満たすので、反射光は光出射部において全反射する。
【００５９】
図８（Ｂ）の時には、液晶分子が電界方向に配列し、Ｓ偏光に対する高分子分散液晶層の屈折率は液晶の屈折率（≒ｎｏ＝１.５１３）と高分子マトリクスの屈折率（≒１.５６）との体積平均（≒１.５４）と見なすことができる。この時、屈折角は７２°となり、反射光は光出射部１０４に対してφ₁＝４０°で入射し、出射角φ₂＝７７°で出射する。この場合出射角の差は１８０°−（４３°＋７７°）＝６０°となるので、ほとんど漏れ光を検出することはなく、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。また、図８（Ａ）の状態と図８（Ｂ）の状態との間のスイッチング時間は数１０μｓのオーダーが得られ、この値はバルク液晶に比べ２桁程度高速になっている。
【００６０】
液晶ドロップレットサイズと応答速度の関係についてさらに詳細に調べた結果を以下に示す。高分子分散液晶における液晶ドロップレットの大きさは、プレポリマーの組成、液晶の混合濃度、硬化時の紫外線強度等を変えることによって変化させることができる。
【００６１】
図９は、液晶ドロップレットサイズと応答速度との関係を示したものである。液晶材料はＥ７およびＢＬ２４（メルク社）、プレポリマーはＮＯＡ６０，６５および８１（ノーランド社）を適宜用いた。
【００６２】
図１０は、応答速度測定装置の一例を示す図で、この測定は、試料１２７にパルス電圧（２００Ｖ）を印加した時の光出力の立ち上がり時間（Ｔｏｎ）と立ち下がり時間（Ｔｏｆｆ）の合計を測定した。なお、試料１２７は高分子分散液晶層１３１の厚さを２０μｍ、光路長を１ｍｍとした。
【００６３】
図１１は、高分子分散液晶に電界が印加されていない時と印加されている時の様子を模式的に示す。電界が印加されていない時には、図１１（Ａ）に示すように、液晶ドロップレットの向きはランダムであるので、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の屈折率はどれも等しく、層全体が光学的に等方な媒体になっている。ｚ方向に電界１３２を印加すると、図１１（Ｂ）に示すように、液晶分子の分子軸がこの方向にそろうため、ｚ軸方向の屈折率は大きくなり、ｘ軸およびｙ軸方向の屈折率はお互いに等しいまま、その大きさが小さくなる。
【００６４】
図１０に示すように、レーザ光源１２１からの光が電界方向とは垂直のｘ方向から入射される場合、ｙｚ平面に複屈折が生じるために偏光状態を変化させることができ、検光子１２５を通した光出力が変化する。本発明ではこのような複屈折現象は利用しないが、電界印加時の液晶分子の挙動とそれに伴う屈折率変化を利用するので、図９の応答速度は本発明においても同様に適用できる。図９から液晶ドロップレットサイズが小さくなるにつれて応答速度が速くなることがわかる。
【００６５】
さらには、液晶ドロップレットの粒径を入射光の波長の１／５以下、より望ましくは１／１０以下にすることが光透過率の観点から好ましい。以下に、レイリー散乱理論から光透過率を計算した結果を示す。体積Ｖの球形散乱体が数密度Ｎで存在する場合、厚さＬの媒体の光透過率Ｔは下記式（３）のように表される。
T=exp(-NRL),R=24π³((m²-1)/(m²+2))²V²/λ⁴ …（３）
【００６６】
式（３）において、Ｒは散乱断面積、ｍは散乱体の屈折率と媒体の屈折率の比、λは使用する光の波長である。ｍ＝１.０７、Ｌ＝１００μｍとした時の透過率Ｔを散乱体すなわち液晶ドロップレットの粒径ｄ、体積分率（＝ＮＶ）および波長λをパラメータとして計算した。式（３）からわかるように、ｄが大きくなる（すなわちＶが大きくなる）ほど、またλが小さくなるほどＴが減少する。また、透過率としては、９０％（Ｔ＝０.９）以上であることが光利用効率の点から好ましい。
【００６７】
図１２は、Ｔ＝０.９となる粒径を体積分率が１０％（ｄ（０.１））、３０％（ｄ（０.３））および５０％（ｄ（０.５））の場合について、波長に対してプロットしたものである。体積分率が小さいと屈折率変化量が小さくＳ／Ｎ比がとれなくなるので、体積分率は１０％以上が好ましく、５０％程度がより好ましい。これ以上の体積分率では作製が極めて困難になる。この観点から、図１２より、光路素子として適用される可視〜赤外領域の波長に対しては、ｄがλ／５以下であるのが好ましく、λ／１０以下であることがより好ましい。なお、この計算ではｍおよびＬを固定したが、実デバイスにおいてこれ以下の値であると考えられるため、上記の粒径範囲であれば問題はない。
【００６８】
実施の形態９
図１３は、本発明の第９の実施の形態を説明するための図で、電圧無印加時（図１３（Ａ）の時）に、ドロップレット中の全ての液晶分子が概略一方向に配列している以外は第８の実施形態と同様の構成である。この配列方向は電圧印加時（図１３（Ｂ）の時）に液晶分子が揃う方向（電界方向）とほぼ直交し、導光部材の光入射部１０３に対して水平で紙面に垂直な方向にするのがよい。こうすることにより、大きな屈折率差が得られるため、θ₂の変化量を大きくすることができ、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。具体的には、第８の実施形態と同様の材料および処方の高分子分散液晶を用いた場合、図１３（Ａ）の時に、高分子分散液晶層の屈折率は液晶の屈折率（≒ｎｅ＝１.７１７）と高分子マトリクスの屈折率（≒１.５６）との体積平均（≒１.６１）と見なすことができる。第８の実施形態と同様に入射角を７５°に設定すると、屈折角は６６°となるので、α＝３３°に設定すれば反射光は光入射部にほぼ垂直に入射する。β＝４３°に設定すると反射光は光出射部１０４に対してφ₁＝４３°で入射する。この時、式（２）を満たすので、反射光は光出射部において全反射する。
【００６９】
図１３（Ｂ）の時には、液晶分子が電界方向に配列し、Ｓ偏光に対する高分子分散液晶層の屈折率は液晶の屈折率（≒ｎｏ＝１.５１３）と高分子マトリクスの屈折率（≒１.５６）との体積平均（≒１.５４）と見なすことができる。この時、屈折率は７２°となり、反射光は光出射部１０４に対してφ₁＝３７°で入射し、出射角φ₂＝６６°で出射する。この場合、出射角の差は１８０°−（４３°＋６６°）＝７１°となり、第８の実施形態よりも大きくなる。
【００７０】
さらに付言すれば、入射角を６０°に設定した場合、図１３（Ａ）の時、屈折角は５５°となる。α＝２７.５°，β＝４３°に設定すると、図１３（Ｂ）の時、φ₁＝３９°，φ２＝７３°となり、出射角の差は１８０°−（４３°＋７３°）＝６４°となる。入射角が７５°の場合に比べて出射角の差は小さくなるが、実用上充分な値である。なお、特に後述のような二次元空間光変調器やそれを用いた画像表示装置に適用する場合、入射角が小さい（好ましくは６０°以下である）方が照明光学系の設計が容易になるので望ましい。
【００７１】
液晶分子を予め一方向に配列させる方法として、前述のような配向膜を用いる方法以外に以下に示すような方法を用いることも可能である。高分子マトリクス材料を重合する際に電界を印加することで、液晶を一方向に配向することができる。この時、液晶に接しているプレポリマーは液晶の配向に引きずられて同じ方向に配向する。この状態でプレポリマーを重合すると液晶との界面は液晶の配向に倣った形で固定される。この界面構造は液晶に対して配向膜として機能するため、高分子マトリクス材料が硬化した後に電界を解除しても、液晶は重合時に印加していた電界方向に揃うことになる。
【００７２】
実施の形態１０
図１４は、本発明の第１０の実施の形態を説明するための図で、図１４において、１４０は、一次元空間光変調器で、図１４（Ａ）は斜視図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）をｂ方向から見た図、図１４（Ｃ）は図１４（Ａ）をｃ方向から見た図である。基本的な構成は第６の実施の形態と同様であるが、個別電極を兼ねる金属膜１０７が一次元アレイ状に配置されている。基板には各個別電極に接続され、それらに選択的に信号を供給するための駆動素子が設けられるのが好ましい。アレイ状に配列した各個別電極に選択的に電圧信号を印加することによって、選択された個別電極（金属膜１０７）からの反射光のみが光出射部１０４から出射し、ライン状の光のＯＮ／ＯＦＦ（空間光変調）ができる。個別電極が配列している方向と垂直な方向に走査する走査装置と組み合わせることで二次元の空間光変調ができる。
【００７３】
また、図１５に示すように、空間光変調器１４０の個別電極（金属膜）１０７への駆動信号供給とガルバノミラー等からなる走査機構１３７の駆動を画像信号に基づいて制御し、得られた二次元空間光変調された光線を投影レンズ１３８によってスクリーン１３９に投影することで、画像表示装置を形成することができる。図１５において、光源１３４にはレーザー、ＬＥＤ、ランプ等を用いることができる。また、コリメートレンズ１３５を光インテグレータとしてもよく、これらの後段には図示しない偏光変換光学系を付与してもよい。
【００７４】
実施の形態１１
図１６は、本発明の第１１の実施の形態を説明するための図で、図１６は二次元空間光変調器１５０の斜視図である。基本的な構成は図１４と同様であるが、個別電極を兼ねる金属膜１０７が二次元アレイ状に配置されている。反射部材１０６には各個別電極に接続され、それらに選択的に信号を供給するための駆動素子が設けられるのが好ましい。アレイ状に配列した各個別電極に選択的に電圧信号を印加することによって、選択された個別電極（金属膜１０７）からの反射光のみが光出射部１０４から出射し、面状の光のＯＮ／ＯＦＦ（空間光変調）ができる。この場合、空間光変調器だけで二次元の空間光変調ができるため、図１５に示したような走査機構は不要で、光出射部の外側に投影レンズを設置し、スクリーンに投影することで画像表示装置を形成することができる。
【００７５】
なお、図１４，図１６に示した例では導光部材１０１を共通にして一つにしているが、導光部材を各光路素子ごとに分割しても構わない。また、上記一次元アレイ状の空間光変調器もしくは二次元アレイ状の空間光変調器を使った画像表示装置では、赤、緑、青など複数の波長の入射光を使い、時分割で各色の画像を表示したり（フィールドシーケンシャル方式）、複数の空間光変調器を設けて各色の画像を同時に投影することで、フルカラー画像を表示することもできる。
【００７６】
実施例１
図１７は、二次元空間光変調器の製作工程の一例を説明するための図で、該二次元空間光変調器は以下のようにして作製した。
（ａ）反射部材の作製（図１７（Ａ））
Ｓｉ基板１０９の表面にＭＯＳＦＥＴによる駆動素子１５１を複数個形成し、その上にＣＶＤ法により５μｍ厚の酸化シリコン１０８を堆積した。次に、面積階調のパターンを形成したフォトマスクを用いてパターンニングしてドライエッチングを行うことによって傾斜面およびコンタクトホール１５２を形成した。メタルＣＶＤによる穴埋めを行った後、スパッタリングによりアルミニウムを０.１μｍ厚で堆積し、反射膜兼個別電極１０７となるようにパターンニングした。この上にスピンコートにより０.１μｍ厚のポリイミド膜を形成し、ラビングを行うことにより配向膜１５３を形成した。
【００７７】
（ｂ）セルの作製（図１７（Ｂ））
クラウンガラス（ＢＫ７）からなる平板導光体１１７の片面に５０ｎｍ厚のＩＴＯからなる透明電極１１０およびポリイミドからなる配向膜１５４を形成したものと図１７（Ａ）に示した反射部材とを、エポキシ樹脂からなるシール材１１１を用いて貼り合わせ、空セルを作製した。シール材の一部には注入孔を設けた。
【００７８】
（ｃ）液晶の注入（図１７（Ｃ））
図１７（Ｃ）に示した空セル内を真空排気した後、液晶（Ｅ７）１０５を注入し、注入孔を封止した。
【００７９】
（ｄ）導光部材の接合（図１７（Ｄ））
平板導光体１１７の上面に光硬化性接着剤を用いて、導光部材１０１および第二の導光部材１１４を接合した。
【００８０】
上述のようにして作製した空間光変調器を用いて、以下のように画像表示を行った。
断面がほぼ長方形となるように整形されたレーザー光（波長６７０ｎｍ）をＳ偏光として光入射部１０３より入射し、駆動素子１５１により画像データに応じて選択的に個別電極１０７に電圧（５Ｖ）を印加したところ、第二の光出射部１１６から空間変調された出力光が取り出され、（図示しない）投影レンズによりスクリーンに拡大投影画像（２値）を得ることができた。
【００８１】
実施例２
図１８は、二次元空間光変調器の製作工程の他の例を説明するための図で、該二次元空間変調器は以下のようにして作製した。
（ａ）反射部材の作製（図１８（Ａ））
Ｓｉ基板１０９の表面にＭＯＳＦＥＴによる駆動素子１５１を複数個形成し、その上にＣＶＤ法により５μｍ厚の酸化シリコン１０８を堆積した。次に、面積階調のパターンを形成したフォトマスクを用いてパターンニングしてドライエッチングを行うことによって傾斜面およびコンタクトホール１５２を形成した。メタルＣＶＤによる穴埋めを行った後、スパッタリングによりアルミニウムを０.１μｍ厚で堆積し、反射膜兼個別電極１０７となるようにパターンニングした。この上にスピンコートにより０.１μｍ厚のポリイミド膜を形成し、ラビングを行うことにより配向膜１５３を形成した。
【００８２】
（ｂ）セルの作製（図１８（Ｂ））
クラウンガラス（ＢＫ７）からなる平板導光体１１７の片面に５０ｎｍ厚のＩＴＯからなる透明電極１１０およびポリイミドからなる配向膜１５４を形成したものと、図１８（Ａ）に示した反射部材とをエポキシ樹脂からなるシール材１１１を用いて貼り合わせ、空セルを作製した。シール材の一部には注入孔を設けた。
【００８３】
（ｃ）注入（図１８（Ｃ））
図１８（Ｂ）に示した空セル内を真空排気した後、液晶（ＢＬ２４）と紫外線硬化性化合物（ＮＯＡ８１）の混合物（液晶濃度４５ｗｔ％）１５５を注入し、注入孔を封止した。
【００８４】
（ｄ）硬化（図１８（Ｄ））
高圧水銀ランプによりＵＶ光（４００ｍＷ／ｃｍ²）１５６を照射し、高分子分散液晶１０５を形成した。
【００８５】
（ｅ）導光部材の接合（図１８（Ｅ））
平板導光体１１７の上面に光硬化性接着剤を用いて、導光部材１０１および第二の導光部材１１４を接合した。
【００８６】
上述のようにして作製された空間光変調器を用いて、以下のように画像表示を行った。
断面がほぼ長方形となるように整形されたレーザー光（波長６７０ｎｍ）をＳ偏光として光入射部１０３より入射し、駆動素子１５１により画像データに応じて選択的に個別電極１０７に電圧（１５Ｖ）を印加したところ、第二の光出射部１１６から空間変調された出力光が取り出され、（図示しない）投影レンズによりスクリーンに拡大投影画像（６４諧調）を得ることができた。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１の光路素子によれば、導光部材を介した光入射部と、光入射部から入った入射光を反射する反射部との間に屈折率可変物質を封入し、信号印加によってその屈折率を入射光が導光部材と屈折率可変物質との界面で全反射しない範囲で変化させ、反射部で反射した光を導光部材を介して外部へ出射するときの光路を変えるようにしたので、構造が簡単で耐久性が高く、部材コストを低減でき、光利用効率の高い光路素子を提供することができる。
また、光入射部と光出射部とが互いに平行でない面で構成されているので、上記に加え、Ｓ／Ｎ比の高い光路素子を提供することができる。
さらに、反射部で反射した光が光出射部において導光部材とそれに接触する外部物質との界面で全反射する第一の状態と、全反射しない第二の状態とを取るようにしたので、よりＳ／Ｎ比の高い光路素子を提供することができる。
【００９０】
請求項２の光路素子によれば、出射光を第二の導光部材を介して外部へ出すことができる第二の光出射部を設けたので、さらにＳ／Ｎ比の高い光路素子を提供することができる。
【００９１】
請求項３の光路素子によれば、導光部材に光学的接合し、導光部材と屈折率が概略等しい平板導光体を設けたので、上記に加え、製造が容易な光路素子を提供することができる。
【００９２】
請求項４の光路素子によれば、反射部が一辺を共有する２つの面によって構成され、屈折率可変物質に進入した入射光と光入射部を構成する面の法線とのなす角度の動作範囲における最大値をθ_2maxとした時、反射部を構成する少なくとも１つの面の法線と光入射部を構成する面の法線とのなす角度が９０°−θ_2max以下であるようにしたので、駆動エネルギーを小さくできる光路素子を提供することができる。
【００９３】
請求項５の光路素子によれば、反射部が、屈折率可変物質に信号を印加する単位要素に対して、複数組の面を有しているので、さらに駆動エネルギーを小さくできる光路素子を提供することができる。
【００９８】
請求項６の空間光変調器によれば、請求項１乃至５の光路素子を二次元アレイ状に配列したので、構造が簡単で耐久性が高く、部材コストを低減でき、光利用効率の高い空間光変調器を提供することができる。
【００９９】
請求項７の空間光変調器によれば、請求項１乃至５の光路素子を一次元アレイ状に配列したので、上記に加え、製造歩留まりが高く低コストな空間光変調器を提供することができる。
【０１００】
請求項８の画像表示装置によれば、請求項６の空間光変調器により形成した画像をスクリーンに投影するようにしたので、耐久性が高く、低コストで光利用効率の高い画像表示装置を提供することができる。
【０１０１】
請求項９の画像表示装置によれば、請求項７の空間光変調器から出射した光線を垂直方向に走査してスクリーンに投影し、二次元画像を得るようにしたので、低コストな画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を説明するための図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態を説明するための図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態を説明するための図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態を説明するための図である。
【図５】 本発明の第５の実施の形態を説明するための図である。
【図６】 本発明の第６の実施の形態を説明するための図である。
【図７】 本発明の第７の実施の形態を説明するための図である。
【図８】 本発明の第８の実施の形態を説明するための図である。
【図９】 液晶ドロップレットサイズと応答速度との関係を示した図である。
【図１０】 応答速度測定装置の一例を示す図である。
【図１１】 高分子分散液晶に電界が印加されていない時と印加されている時の様子を模式的に示した図である。
【図１２】 透過率が９０％となる液晶ドロップレットの粒径を体積分率をパラメータとして波長に対してプロットした図である。
【図１３】 本発明の第９の実施の形態を説明するための図である。
【図１４】 本発明の第１０の実施の形態を説明するための図である。
【図１５】 本発明の第１０の実施の形態を説明するための図である。
【図１６】 本発明の第１１の実施の形態を説明するための図である。
【図１７】 二次元空間光変調器の製作工程の一例を説明するための図である。
【図１８】 二次元空間光変調器の製作工程の他の例を説明するための図である。
【図１９】 従来の空間光変調器の平面図である。
【図２０】 ひとつの回転鏡の断面図である。
【図２１】 従来の光スイッチング素子の動作説明図である。
【図２２】 従来の光スイッチング素子の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１…導光部材、１０２…外部物質、１０３…光入射部、１０４…光出射部、１０５…屈折率可変物質、１０６…反射部材、１０７…金属膜、１０８…絶縁体、１０９…基板、１１０…透明電極、１１１…シール剤、１１２…液晶分子、１１３…光検出器、１１４…第二の導光部材、１１５…反射部、１１６…第二の光出射部、１１７…平板導光体、１１８…逆傾斜面、１１９…液晶ドロップレット、１２０…高分子マトリクス、１２１…レーザ、１２２…偏光子、１２３，１２４…レンズ、１２５…検光子、１２６…パワーメータ、１２７…試料、１２８…反射面、１２９…Ａｕ電極、１３０…Ｓｉ基板、１３１…高分子分散液晶層、１３２…電界、１３４…光源、１３５…コリメートレンズ、１３７…走査機構、１３８…投影レンズ、１３９…スクリーン、１４０，１５０…空間光変調器、１５１…駆動素子、１５２…コンタクトホール、１５３，１５４…配向膜、１５５…液晶／紫外線硬化性化合物混合体、１５６…紫外線。

Claims (9)

1. 導光部材を介した光入射部と、該光入射部から入った入射光を反射する反射部と、該反射部で反射した光を、前記導光部材を介して出射光として外部へ出す光出射部とよりなる光路素子において、
   前記反射部を含む光路中に屈折率可変物質を封入し、該屈折率可変物質に情報に応じて信号を与え屈折率変化を生じせしめる信号入力手段を具備するとともに、前記信号による前記屈折率可変物質の屈折率変化を、前記入射光が前記導光部材と屈折率可変物質との界面で全反射しない範囲で行い、
   前記光路素子は、前記光入射部と光出射部とが互いに平行でない面で構成され、
   前記信号による前記屈折率可変物質の屈折率変化を、前記反射部で反射した光が前記光出射部において前記導光部材とそれに接触する外部物質との界面で全反射する第一の状態と、全反射しない第二の状態とを取ることができる範囲で行うことを特徴とする光路素子。
2. 前記出射光を第二の導光部材を介して外部へ出すことができる第二の光出射部を設けたことを特徴とする請求項１記載の光路素子。
3. 前記光入射部に光学的接合し、前記導光部材と屈折率が概略等しい平板導光体を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の光路素子。
4. 前記反射部が一辺を共有する２つの面によって構成され、前記屈折率可変物質に進入した入射光と前記光入射部を構成する面の法線とのなす角度の動作範囲における最大値をθ_2maxとすると、前記反射部を構成する少なくとも１つの面の法線と前記光入射部を構成する面の法線とのなす角度が９０°−θ_2max以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光路素子。
5. 前記反射部が、前記屈折率可変物質に信号を印加する単位要素に対して、複数組の面を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光路素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光路素子が二次元アレイ状に配列されていることを特徴とする空間光変調器。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光路素子が一次元アレイ状に配列されていることを特徴とする空間光変調器。
8. 請求項６記載の空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリーンに投影し表示する手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
9. 請求項７記載の空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変調器から出射した光線を該空間光変調器の光路素子の整列方向に対して垂直な方向に走査する走査機構と、走査機構から出射した光線をスクリーンに投影し表示する手段とを有することを特徴とする画像表示装置。

Images